編者按：這是關於食物科學的六篇系列文章中的第三篇專題報道，從2009年3月30日至4月6日每日釋出。
加利福尼亞州，戴維斯—安·威格莫爾並不喜歡美國的飲食。第一次世界大戰後從立陶宛移居而來，她對我們的白麵包和其他令人厭惡的食物感到震驚，並且非常懷念她祖母曾經準備的美味佳餚，包括一種用碎黑麥粒和稀釋的山羊奶製成的美味“稀粥”。
有一天，在與疾病纏鬥多年後，她漫步到一個廢棄的停車場，正如她在回憶錄《為何受苦？我是如何自然地克服疾病和痛苦的》中寫道，“那裡，在我眼前展開的是數百平方英尺我所見過的最茂盛的雜草。” 威格莫爾對小麥草的療愈力量的信念由此開始，這種信念使她成為生食運動的先驅，並激勵了成千上萬人放棄人類最早的創新之一，轉而完全以生的發芽穀物、生堅果和脆脆的胡蘿蔔條為食。儘管威格莫爾自己的生命在1994年于波士頓的一場火災中結束，享年85歲，但她的遺產透過許多基金會延續了下來，包括她於1956年在佛羅里達州西棕櫚灘創立的希波克拉底健康研究所。
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儘管可能很容易嘲笑“生食主義”最狂熱的追隨者，但威格莫爾的返祖哲學已經影響了大多數主流美國人飲食和思考飲食的方式。我們可能更喜歡蔬菜的滋滋作響的炒菜，而不是威格莫爾令人驚訝的清淡食譜，但我們很難忽視那種揮之不去的感覺，即生蔬菜可能對我們更健康。
多年來，科學家們也難以忽視生食主義者。生食烹飪的倡導者喜歡指出，烹飪會分解許多有益的酶和維生素，但批評者指出，胃酸無論如何都會使酶失活，適度烹飪也有助於釋放其他營養物質——例如番茄的番茄紅素（一種具有潛在健康益處的抗氧化劑）或菠菜中的葉酸和β-胡蘿蔔素。 事實是，總的來說，我們消化系統分解固體食物並獲得其益處的機制在很大程度上仍未被理解。
美國食品和藥物管理局在Planters花生包裝背面上的營養標籤嚴格基於對堅果的化學分析，並且沒有告訴你你的身體實際吸收了多少那些有益心臟健康的單不飽和脂肪。自2004年以來，兩個歐洲研究團隊一直試圖透過使用一種機器人胃在體外模擬胃來填補這一空白。現在，加州大學戴維斯分校食品科學與技術系的保羅·辛格已將該專案帶入數字領域，以“在計算機上”模擬消化。
十月的一個下午，辛格在他的辦公室裡在他的電腦顯示器上打開了一個生動的影片。一個閃閃發光的粉紅色團塊，看起來像有一個緊閉的嘴巴，像第一部《異形》電影中的寄生怪物一樣劇烈地咕嚕咕嚕作響和收縮。 這不是寄生蟲，而是一個罕見的視角，展示了人類胃部的內部，因為它正在進行有節奏的蠕動，將固體食物壓碎和攪動成十分之一英寸（2.5毫米）直徑的顆粒。這些顆粒在被我們的牙齒咀嚼和被我們的胃攪動後究竟是什麼樣子，是理解當它們最終滑過幽門瓣並進入吸收營養的小腸時會發生什麼的關鍵。在很大程度上，這個過程對於像辛格這樣的科學家來說是不可見的。畢竟，我們只能看到空胃的內部，因為糊狀的食物會模糊視線。“我們如何知道真正發生了什麼？”他問道。
憑藉美國農業部為期兩年、30萬美元的撥款，辛格和他的博士後學生孔凡斌在他們的計算機上構建了一個3D胃。他們的虛擬胃被分成一個由281,602個正方形組成的網格；他們使用流體動力學來計算收縮的滾動波浪如何攪動胃酸。然後，研究人員可以將虛擬食物顆粒放入其中——每個顆粒都有其自身的物理特性——並模擬分子大小的營養物質滲出需要多長時間。
“每種食物都有其自身的微觀結構，”辛格說，“無論是多孔的還是壓實的，或者其細胞是透過某種粘合劑結合在一起的。營養物質嵌入在該基質中，除非基質分解到營養物質被釋放出來的程度，否則它們將保持嵌入狀態。”
辛格，60歲，在印度旁遮普邦長大，是名副其實的食品界的火箭科學家。在他的地下室實驗室裡，他自豪地展示了他在2007年為NASA擬議的載人火星任務完成的下一代多功能食品加工機。他書架上的一打書是關於熱傳遞物理學的，另一打書涵蓋流體動力學。他是大學教科書《食品工程導論》的作者，該書現在已是第三版。在1993年，由於四名兒童因食用了Jack-in-the-Box餐廳未煮熟的漢堡肉餅而死亡引發恐慌之後，他用一個關於漢堡在快餐烤架上烹飪的計算模型幫助了快餐行業。最近，他為一種塑膠翻蓋包裝申請了專利，該包裝將幫助草莓種植者在收穫後冷卻他們的水果，這是保持草莓新鮮的關鍵步驟。
辛格並沒有沉迷於他的數學世界，而是用實驗室研究來補充他的計算，這些實驗室研究使用了他設計的機械胃，它看起來像一個裝滿儀器的冰淇淋攪拌器。在去年發表在《食品科學雜誌》上的一項實驗中，辛格取出生的和煮熟的胡蘿蔔塊，寬度為0.2英寸（六毫米），並將它們放入這個裝置中，該裝置的靈感來自於製藥行業用於研究藥物如何溶解的類似裝置。
在將胡蘿蔔塊浸泡在模擬唾液中並搖晃30秒後，將其懸浮在一個裝滿胃酸（保持在體溫下）和塑膠珠的旋轉室中，塑膠珠模擬其他食物顆粒的剪下作用。然後，科學家們記錄了胡蘿蔔上的力，並定期稱重以測量溶解了多少。煮熟的胡蘿蔔塊僅用20分鐘就減少到其原始質量的50%，但生的胡蘿蔔塊則花費了整整一個小時。“媽媽說你必須好好咀嚼你的食物是對的，”辛格說，這表明如果你堅持生食，你最好準備好咀嚼。
同時，英國諾威奇食品研究所的研究人員已經構建了模型腸道，這是一個軟體控制的體外系統消化系統，用於研究胡蘿蔔、肉類、杏仁和許多其他食物如何在消化系統中分解。儘管杏仁含有約 55% 的脂肪，但首席研究員、生物學家 Giusy Mandalari 表示，人類吸收的脂肪不到一半，這主要是因為杏仁中的油脂儲存在堅硬的細胞壁後面，必須將其破壞我們的身體才能吸收它們。杏仁的大部分營養成分充當“益生元”，這意味著它支援我們大腸中有益的微生物群落。當該小組將天然杏仁與經過熱處理去除外皮的漂白杏仁進行比較時，他們發現漂白杏仁釋放的營養物質略多。
紐約大學的營養學家馬里昂·內斯特表示，她發現這些最近的結果“令人驚訝”，並指出如果杏仁和生食真的如此益生元，那麼你就會感到一些腸道不適。 但經過片刻思考，她回憶起最近一次去墨西哥蘭喬拉普爾塔的旅行，這是一個以供應大量沙拉和其他生蔬菜而聞名的半素食度假村。“營地裡最大的笑話之一，”她說，“就是每個人都在排出大量的氣體。”